[發明專利]一種高調制效率的鈮酸鋰薄膜電光調制器

在審

• 申請號: 201610911122.5
• 申請日: 2016-10-18
• 公開（公告）號: CN107957631A
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 李萍;史云玲
• 申請（專利權）人: 天津領芯科技發展有限公司
• 主分類號: G02F1/035
• 分類號: G02F1/035
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司12107
• 代理人: 張義

技術領域

本發明涉及光纖通信與光纖傳感技術領域，特別是涉及一種高調制效率的鈮酸鋰薄膜電光調制器。

背景技術

不斷增長的光纖帶寬需求推動相干光通信系統向前發展和應用。盡管第一代100G相干光通信系統已經布設在網絡中好幾年了，對帶寬、端口密度以及系統能耗量的要求依然在不斷提高，也推動技術向200G、400G甚至更高速的系統前進。

在早期的光通信技術發展過程中，鈮酸鋰晶體起到了重要的作用。基于鈮酸鋰晶體的馬赫-曾德爾調制器，具有低損耗、高調制帶寬、高消光比以及低啁啾等顯著優勢，作為外調制器廣泛應用在超長距離超高速光網絡中。

然而，隨著光通信技術的不斷發展，由于鈮酸鋰電光調制器本身存在的體積和半波電壓較大的問題，使其在光通信系統特別是相干光通信系統中的應用受到了較大的制約。鈮酸鋰電光調制器體積和半波電壓較大的問題來自于鈮酸鋰電光調制器所采用的行波電極，這種電極結構具有較低的電光調制效率。鈮酸鋰電光調制器的半波電壓和行波電極長度的設計考慮因素由下式決定：

其中，V_π為調制器的半波電壓，L為行波電極長度，Γ為電光調制效率，d為行波電極中信號電極與地電極之間的間距，λ為器件工作波長，n為光波折射率，γ為鈮酸鋰晶體的電光系數。由上式可見，當鈮酸鋰電光調制器的結構參數(Γ、d、λ、n等)為固定值時，器件的半波電壓和行波電極長度是成反比例關系，即通過延長行波電極長度的方式可實現器件半波電壓的降低，但這會導致器件體積的增大。因此，為降低鈮酸鋰電光調制器的半波電壓，采用縮短電極間距d和提高電光調制效率Γ則是更好的技術方案。然而，縮短電極間距d會導致器件調制帶寬的降低，因此，提高電光調制效率Γ則更為有效。

提高電光調制效率可采用如下兩種技術方案：(1)制作基于脊型鈮酸鋰波導的行波電極結構，(2)降低二氧化硅緩沖層厚度或去除二氧化硅緩沖層。上述兩種提高電光調制效率的技術方案中，方案(1)在制作脊型鈮酸鋰波導時需采用干法刻蝕或濕法腐蝕的方式，所制作的脊型鈮酸鋰波導傳輸損耗過大，導致器件插入損耗過大；方案(2)降低了二氧化硅緩沖層的厚度，導致了光波與微波折射率匹配程度的下降，會降低器件的工作帶寬。

發明內容

本發明的目的是提供一種高調制效率的鈮酸鋰薄膜電光調制器，以解決上述兩種提高電光調制效率的技術方案導致的問題。

為實現本發明的目的，本發明提供了一種高調制效率的鈮酸鋰薄膜電光調制器，其特征在于，基底材料1、下層電極2、下緩沖層3、鈮酸鋰薄膜4、光學波導5、上緩沖層6、上層電極7，所述上層電極7為信號級，包括正電極和負電極，正電極和負電極分別位于左右兩側光學波導5上方，所述下層電極為地電極，所述鈮酸鋰薄膜4為具有單晶結構的、厚度為0.1μm至10μm的鈮酸鋰薄膜材料。

與現有技術相比，本發明的有益效果為，本申請通過將鈮酸鋰電光調制器的電極制備成上下型結構，上層電極(信號極)分別位于光學波導上方，下層電極為地電極，因而上下型電極結構對光學波導可以起到100％的調制效率，遠高于傳統鈮酸鋰電光調制器的40％至50％的電光調制效率；此外，本申請采用具有單晶結構的、厚度為0.1μm至10μm的鈮酸鋰薄膜材料，可實現與傳統鈮酸鋰電光調制器相比更短的電極間距。上述兩方面因素可大幅降低鈮酸鋰電光調制器的半波電壓。

附圖說明

圖1所示為本發明實施例1的截面結構示意圖示意圖；

圖2所示為本發明實施例2的截面結構示意圖示意圖；

圖3所示為本發明實施例3的截面結構示意圖示意圖；

圖中，基底材料1、下層電極2、下緩沖層3、鈮酸鋰薄膜4、光學波導5、上緩沖層6、上層電極7。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用屬于“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、部件或者模塊、組件和/或它們的組合。